衛(wèi)星導航定位技術的現(xiàn)狀與進展

〔三〕

GNSS應用新技術信息工程大學測繪學院翟翊

一、GNSS差分技術原理：將己知坐標點(基準點)上安置的衛(wèi)星定位接收機所接收的衛(wèi)星信號(載波相位)，用于流淌站觀測信號的改正。以消退衛(wèi)星鐘、衛(wèi)星星歷誤差；減弱電離層、對流層對定位的影響?；鶞收究梢杂梢粋€或假設干個固定參考站組成，差分改正數(shù)據(jù)可從各個站播發(fā)，也可從數(shù)據(jù)中心播發(fā)。每一個參考站效勞于肯定作用半徑內全部的GNSS用戶。對于準實時定位或實時周密定位的用戶效勞半徑可以到達15公里。數(shù)據(jù)鏈可以用無線電臺，也可用GPRS/CDMA。一、GNSS差分技術1.位置差分原理基準站：坐標為：GPS測得的預備為：基準站求得：基準站將這些改正數(shù)發(fā)給用戶接收機，用戶接收機利用這些改正數(shù)改正測得的點的坐標，提高點位精度。要求：基準站與用戶觀測同一組衛(wèi)星，近距離可以，距離較遠就很難。

一、GNSS差分技術要求：基準站與用戶觀測同一組衛(wèi)星，近距離可以，距離較遠就很難。

一、GNSS差分技術2.載波相位差分〔RTK–RealTimeKinematic〕由基準站將載波相位觀測值及基準站信息儀器發(fā)送給用戶，用戶將接收到的GPS衛(wèi)星載波相位與基準站的載波相位組成差分觀測值，通過實時處理確定用戶位置。3.廣域差分〔WADGPS〕建立一個主差分站，將假設干個基準站與主站一起組成差分GPS網(wǎng)。主差分站接收各個基準站的差分GPS信號，將其組合形成在擴展區(qū)域內的有效差分GPS改正電文，發(fā)送給用戶站。

二、網(wǎng)絡RTK技術在常規(guī)RTK和差分GPS技術根底上進展的一種新技術。在較大區(qū)域內建立多個坐標的GPS基準站，構成地區(qū)網(wǎng)狀掩蓋，以此為根底，計算和發(fā)播相位觀測值誤差改正信息，對用戶進展實時改正的定位。二、網(wǎng)絡RTK技術原理：在一個地區(qū)建立假設干個基準站，組成基準站網(wǎng)，基準站間距可由30-90公里?；鶞收綠NSS觀測數(shù)據(jù)實時傳到中心站，中心站經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在流淌站四周建立虛擬參考站，并將虛擬參考站觀測數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)公布給定位用戶。用戶依據(jù)這個數(shù)據(jù)改正觀測值，以提高定位精度。無線通信可通過互聯(lián)網(wǎng)GPRS,CDMA進展RTCM數(shù)據(jù)傳輸二、網(wǎng)絡RTK技術網(wǎng)絡RTK測量特點：1.用戶只需用一臺接收機接收差分信號即可到達厘米級精度定位。2.定位速度快。3.定位精度高。4.操作簡潔。5.費用低。二、網(wǎng)絡RTK技術網(wǎng)絡RTK的工作過程各基準站將同步觀測數(shù)據(jù)傳輸給掌握中心。流淌站將單點定位獲得近似三維坐標傳輸給掌握中心。掌握中心依據(jù)流淌站和基準站發(fā)送的信息，實時的進展處理和計算分析，獲得流淌站虛擬基準站的觀測數(shù)據(jù)。虛擬基準站的觀測數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)傳輸給流淌站。流淌站將觀測數(shù)據(jù)和接收到虛擬基準站觀測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)聯(lián)合實時處理，獵取準確三維坐標，

三、CORS連續(xù)運行網(wǎng)絡利用多基站網(wǎng)絡RTK技術建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位效勞綜合系統(tǒng)〔ContinuousOperationalReferenceSystem，縮寫為CORS〕已成為城市GPS應用的進展熱點之一。CORS系統(tǒng)是衛(wèi)星定位技術、計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)字通訊技術等高新科技多方位、深度結晶的產(chǎn)物。

連續(xù)運行衛(wèi)星定位導航效勞系統(tǒng)構造及通信網(wǎng)絡示意圖市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)市電信局監(jiān)控分析中心衛(wèi)星定位信號發(fā)射臺FM電臺基準站1基準站2基準站3基準站4基準站5進入移動電話系統(tǒng)用戶用戶全向天線定向天線Modem拉薩北京海南武漢西寧哈爾濱烏魯木齊全國GPS連續(xù)運行基準站網(wǎng)絡三、CORS連續(xù)運行網(wǎng)絡國外GNSS連續(xù)跟蹤網(wǎng)概況美國:由美國國家大地測量局牽頭、聯(lián)邦防空局等多家單位共同建立的250個GPS基準站掩蓋全美系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過因特網(wǎng)向全美和全球用戶供給基準站坐標和基準站觀測數(shù)據(jù)。用戶可通過因特網(wǎng)卸載CORS基準站數(shù)據(jù)進展事后周密定位。德國:建立了一個由200個左右GPS跟蹤站組成的長期運行、掩蓋全國的多功能GPS差分定位導航效勞體系，作為國家的空間數(shù)據(jù)根底設施。系統(tǒng)將取代原由標石組成的國家大地點，構成德國新的國家動態(tài)大地測量框架日本:建設1200個遍布全日本的格網(wǎng)式GPS永久站陣列，形成國家的現(xiàn)代“電子大地測量網(wǎng)點”及超高精度的地殼運動監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)。德國SAPOS

德國國家測量治理部門聯(lián)合德國測量、運輸、建筑、房屋和國防等部門，把各部門的差分GPS打算協(xié)調統(tǒng)一起來，建立的一個長期連續(xù)運行的、掩蓋全國的多功能差分GPS定位導航效勞體系，同時SAPOS也構成了德國國家動態(tài)大地測量框架。國內GNSS連續(xù)跟蹤網(wǎng)概況城市參考站網(wǎng)：省級參考站網(wǎng)：深圳市參考站網(wǎng)廣東省參考站網(wǎng)上海市參考站網(wǎng)江蘇省參考站網(wǎng)北京市參考站網(wǎng)浙江省參考站網(wǎng)天津市參考站網(wǎng)福建省參考站網(wǎng)福州市參考站網(wǎng)河北省參考站網(wǎng)昆明市參考站網(wǎng)山東省參考站網(wǎng)南京市參考站網(wǎng)河南省參考網(wǎng)站廣州市參考站網(wǎng)內蒙參考站網(wǎng)成都市參考站網(wǎng)武漢市參考站網(wǎng)合肥市參考站網(wǎng)哈爾濱市參考站網(wǎng)西安市參考站網(wǎng)青島市參考站網(wǎng)重慶市參考站網(wǎng)淄博市參考站網(wǎng)南寧市參考站網(wǎng)蘇州市參考站網(wǎng)四、RTK技術的應用GPS從大地測量及工程掌握測量向地形測量、施工放樣、變形監(jiān)測及機械施工掌握方向進展。城市根底建設—城市掌握網(wǎng)測量城市規(guī)劃應用國土資源調查(林業(yè)、礦產(chǎn)、國土)地籍及房地產(chǎn)測繪水利工程掌握及施工測量滑坡及泥石流等地質災難測量機械和構造物的安全監(jiān)測大氣監(jiān)測1.城市規(guī)劃的應用

市政建設規(guī)劃對GNSS的需求：1.用于城市建設規(guī)劃測量：需要各種大中比例尺地形圖測繪和更新；2.市測繪院的需求：建立北京市動態(tài)測量坐標框架、作為測量基準、測繪各種比例尺地形圖；3.滿足各種土建工程測量任務：設計、施工、放樣、竣工、治理；4.大型建筑物變形及地面沉降測量。這些任務要求精度比較高、有的要求實時性強，所以需要RTK技術。2.市國土地和房屋治理的應用主要用于：1.土地治理：包括土地規(guī)劃、土地調查、土地征用治理等；2.房屋治理：城鎮(zhèn)和村莊地籍調查、房產(chǎn)權治理、房屋測繪、房產(chǎn)糾紛調查；3.礦產(chǎn)治理：礦產(chǎn)資源開發(fā)，礦產(chǎn)資源勘查、評價，礦產(chǎn)資源愛護和產(chǎn)權糾紛，地質災難監(jiān)測和防治要求精度在厘米級，需要RTK和RTD技術。全站儀＋SZCORS的定位效勞測圖作業(yè)3.市公安交通及大路治理的應用大路局需求：1.大路規(guī)劃、設計、勘查測量；2.大路施工測量；3.大路維護測量；4.大橋安全性監(jiān)測；交通治理局：車輛治理和調度，以及車輛導航所需精度從厘米級到米級、需要RTK和RTD。4.水利部門的應用

水利部門對GNSS需求面比較廣。1.主要用于水利工程建設：工程掌握測量、施工放樣、水工涵洞貫穿測量，水利工程地形圖測繪；2.河道和水工建筑變形測量：大壩位移、堤壩測量；3.水土保持：土地利用、水土流失、滑坡監(jiān)測；4.防洪搶險：堤壩監(jiān)測、防洪指揮調度其要求精度從毫米到米級。實時性要求比較高。需承受RTK技術。5．RTK應用從工程走向機械和構造物的安全監(jiān)測RTK技術在工程中應用很普遍如：用于圖根掌握、地形測繪、房地產(chǎn)測量、施工放樣等。這些年開頭用于大型構造物安全監(jiān)測、機械自動化安裝吊裝，如大樓、大橋安全監(jiān)測；施工機械自動監(jiān)控、集裝箱吊裝等有寬闊應用前景。RTK應用6.應用于農業(yè)飛防7.科學試驗FAST望遠鏡饋源倉8.林業(yè)部門的應用

1.森林愛護測量；2.森林播種和飛防系統(tǒng)。其所需精度為厘米級和米級，需用RTK和RTD技術。9.氣象部門的應用

利用GNSS進展北京地區(qū)大氣水汽分布測試。進展城市小區(qū)域中短期預報水汽含量。為滿足奧運場館或大型活動對天氣預報的要求，GNSS基準點間隔應在30KM左右。 GNSS氣象學要求厘米級地心坐標、亞米級衛(wèi)星軌道。要求GNSS數(shù)據(jù)實時性強，至少每隔半小時回傳一次。10.地質災難上應用五、技術上的思考1.研發(fā)自主產(chǎn)權的新一代CORS治理與效勞平臺供給NETRTK、PPP、RTD、RTK等多種效勞適合中國的通信網(wǎng)絡2.探究省級、國家級系統(tǒng)的建立方法。多中心系統(tǒng)的構造技術多中心、多用戶、大區(qū)域系統(tǒng)的治理與效勞技術系統(tǒng)牢靠性、可用性、精度等效勞質量保障技術。3.多套系統(tǒng)的資源共享技術共享資源，避開重復投資。五、技術上的思考4.低本錢的系統(tǒng)建筑技術低使用費用：通信費用系統(tǒng)內部通信費用系統(tǒng)向用戶的通信費用低工程本錢5.系統(tǒng)測試技術6.系統(tǒng)實時監(jiān)控和治理技術完好性監(jiān)測技術智能化、分布式的系統(tǒng)治理技術六、治理上的思考1.結合各領域特點，不斷開發(fā)CORS應用LBS，車載應用災難防治…….2.著重爭論CORS的經(jīng)濟模式經(jīng)濟模式大于技術模式如何經(jīng)營、如何治理、風險掌握等；數(shù)據(jù)共享的組織和治理模式：部門協(xié)調、行業(yè)協(xié)調；探討非技術因素對系統(tǒng)直接或間接的影響。七、完畢語全球衛(wèi)星定位技術具有全天候、高精度、實時等功能，可為氣象觀測、地震監(jiān)測、城市測繪、水利監(jiān)控、農業(yè)、